基于matlab-simulink的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真(已修改)
2025-07-05 14:01 本頁面
【正文】 1 緒論 課題研究背景及目的 研究背景直流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能。在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，高性能的調(diào)速系統(tǒng)幾乎都是直流調(diào)速系統(tǒng)。盡管如此，直流調(diào)速系統(tǒng)卻解決不了直流電動(dòng)機(jī)本身的換向和在惡劣環(huán)境下的不適應(yīng)問題，同時(shí)制造大容量、高轉(zhuǎn)速及高電壓直流電動(dòng)機(jī)也十分困難，這就限制了直流拖動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。交流電動(dòng)機(jī)自1985年出現(xiàn)后，由于沒有理想的調(diào)速方案，因而長期用于恒速拖動(dòng)領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代后，國際上解決了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案中的關(guān)鍵問題，使得交流調(diào)速系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在交流調(diào)速系統(tǒng)已逐步取代大部分直流調(diào)速系統(tǒng)。目前，交流調(diào)速已具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高工作效率以及可以四象限運(yùn)行等優(yōu)異特性，其穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性均可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，交流調(diào)速系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1） 容量大；（2） 轉(zhuǎn)速高且耐高壓；（3） 交流電動(dòng)機(jī)的體積、重量、價(jià)格比同等容量的直流電動(dòng)機(jī)小，且結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)可靠、慣性??；（4） 交流電動(dòng)機(jī)環(huán)境使用性強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用；（5） 高性能、高精度的新型交流拖動(dòng)系統(tǒng)已達(dá)同直流拖動(dòng)系統(tǒng)一樣的性能指標(biāo)；（6） 交流調(diào)速系統(tǒng)能顯著的節(jié)能；從各方面看，交流調(diào)速系統(tǒng)最終將取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 研究目的本課題主要運(yùn)用MATLABSIMULINK軟件中的交流電機(jī)庫對交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，由仿真結(jié)果圖直接認(rèn)識交流系統(tǒng)的機(jī)械特性。本文重點(diǎn)對三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，認(rèn)識PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的改變對系統(tǒng)性能的影響，認(rèn)識該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能的優(yōu)劣及適用環(huán)境。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)[1][2]。而交流調(diào)速系統(tǒng)憑著其絕對的優(yōu)勢，最終必將取代直流調(diào)速系統(tǒng)[3]。 近幾年來，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)不但性能同直流電動(dòng)機(jī)的性能一樣，而且成本和維護(hù)費(fèi)用比直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)更低，可靠性更高[4]。目前，國外先進(jìn)的工業(yè)國家生產(chǎn)直流傳動(dòng)的裝置基本呈下降趨勢，交流變頻調(diào)速裝置的生產(chǎn)大幅度上升。在日本，1975年在調(diào)速領(lǐng)域，直流占80%，交流占20%；1985年交流占80%,直流占20％[5]。到目前為止，日本除了個(gè)別的地方還繼續(xù)采用直流電機(jī)外，幾乎所有的調(diào)速系統(tǒng)都采用變頻裝置[6][7]。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，使得對交流調(diào)速的性能分析和研究變的更為方便。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真軟件包用微分方程和差分方程建模，其直觀性、靈活性差，編程量大，操作不便。隨著一些大型的高性能的計(jì)算機(jī)仿真軟件的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真可以較容易地實(shí)現(xiàn)[8]。如：matlab軟件已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)中全過程地仿真交流調(diào)速系統(tǒng)的整個(gè)過程。matlab語言非常適合于交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)的仿真及研究，能夠?yàn)槟承﹩栴}的解決帶來極大的方便并能顯著提高工作效率。隨著新型計(jì)算機(jī)仿真軟件的出現(xiàn)，交流調(diào)速技術(shù)必將在成本控制、工作效率、實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面得到長足進(jìn)步[9][10]。交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展到今天，相對而言已經(jīng)比較成熟，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是隨著一些新的電力電子器件和一些新的控制策略的出現(xiàn)，工業(yè)應(yīng)用對交流調(diào)速系統(tǒng)又提了新的要求，現(xiàn)代交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究和應(yīng)用前景十分廣闊。20世紀(jì)80年代中期研制開發(fā)出一種新型交流調(diào)速系統(tǒng)——開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它將新型的電機(jī)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與控制技術(shù)融為一體，形成一個(gè)典型的機(jī)電一體化的調(diào)速系統(tǒng)。由于它在效率、調(diào)速性能和成本方面都具有一定的優(yōu)勢，已成為當(dāng)代電力拖動(dòng)的一個(gè)熱門課題，將會在調(diào)速領(lǐng)域占有一席之地。交流調(diào)速的控制策略近年來發(fā)展非常迅速，諸如轉(zhuǎn)差矢量控制，自適應(yīng)控制（磁通自適應(yīng)、斷續(xù)電流自適應(yīng)、參數(shù)自適應(yīng)等模型參考自適應(yīng)控制），狀態(tài)觀測器（磁通觀測器、力矩觀測器等），為補(bǔ)償速度降以提高精度的前饋控制，以節(jié)能、平穩(wěn)、快速等為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化控制，線性二次型積分控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，直接轉(zhuǎn)矩控制及模糊控制等已見諸國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)及雜志中 論文主要工作，分析各種調(diào)速方式適用的場合。，機(jī)械特性等，然后對其進(jìn)行MATLAB的仿真實(shí)現(xiàn)，通過修改系統(tǒng)各部分的參數(shù)，可以輸出穩(wěn)定的波形。根據(jù)示波器輸出結(jié)果，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。 論文章節(jié)安排第一章 緒論：主要介紹本課題的研究背景和研究內(nèi)容，以及交流調(diào)速系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展和前景展望；介紹了文章的主要工作安排以及論文章節(jié)安排。第二章 交流調(diào)速系統(tǒng)：比較交流調(diào)速系統(tǒng)的各種調(diào)速方案，重點(diǎn)分析了交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及機(jī)械特性，及對交流調(diào)壓調(diào)速電路以及閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)的研究分析。第三章 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真：運(yùn)用MATLAB的SIMULINK工具箱分別對異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路與控制電路進(jìn)行建模和參數(shù)設(shè)置，最終建立了異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)電路的仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真分析和研究，給出仿真結(jié)果，通過對仿真結(jié)果的分析驗(yàn)證了交流調(diào)壓電路的工作原理和所建模型的正確性。 第四章 結(jié)論：對全文進(jìn)行總結(jié)，指明異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展方向。 2 交流調(diào)速系統(tǒng)原理與特性交流電機(jī)包括異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類。對交流異步
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